分子组装体电场响应特性的SPM研究

设计对外场响应的分子结构组装体对于分子器件的设计和表面调控非常重要，是研究者感兴趣的研究课题。扫描探针显微镜具有很强的局域场，所以是研究分子组装结构对外场响应的强有力的研究工具。利用扫描探针显微镜的高分辨本领结合其局域高场强特性，不仅可以研究单分子水平的场致构像转变，电导变化等，而且可以在分子组装体水平实现对外场的响应，这不仅具有重要的科学意义，而且对于外场调控的界面设计更具有可实现的指导意义。本项目拟设计一系列具有较大偶极矩的电光功能分子，利用扫描隧道显微镜及谱学模式、静电力显微镜等技术研究分子组装体对外场的响应特性（如构像变化、电导变化、偶极子的排布及其相分离特性等），实现分子组装体系的电场调控并研究分子对外场响应的机理，从而为外场响应性的生物传感器件、微流通道器件等表面修饰的分子设计提供思路。

本项目研究重点在于利用扫描隧道显微技术（STM）及谱学模式、静电力显微技术（EFM）等技术研究分子组装体对外场的响应特性。在项目执行期间，我们按照计划书开展了光电功能分子组装体的高分辨结构表征研究，并利用有序组装结构作为模板可控构建了功能分子纳米线。在模板的辅助下实现了功能环肽分子的固定，在单分子水平上研究了环肽的结构及其与金属离子、水分子等结合的特性。为了理解光电功能薄膜的电响应特性，我们还利用EFM技术研究了聚合物太阳能电池薄膜以及具有光电转换特性的生物膜的电势分布和电荷分离特性。这些研究对于在分子水平理解功能分子的结构及其功能具有一定的意义。.1. 设计了具有对称取代结构（Sym-TTT）和非对称取代结构（Asym-TTT）的三苯衍生物，发现羧基取代位置的非对称性会造成二维分子网格结构的各向异性，酞菁锌分子在此模板中可以形成分子链结构。此研究对于分子纳米器件的研究提供了分子纳米线的制备新思路。.2. 利用分子模板技术，研究了环孢霉素分子（CsA）的特殊组装行为，并在单分子水平揭示了CsA分子及其金属离子配合物的结构特性，对于理解环肽以离子通道结构的形式来实现其抗生素、免疫抑制方面的生物学功能机制方面有重要意义。研究了类环肽的环芳酰胺大环分子的组装结构和大分子结构，揭示了其在单分子水平的空腔结构，并发现了其空腔内结合水的精细结构，提出了这类大环结构作为水通道的可能机制。.3. 利用扫描隧道显微技术研究了几种代表性多聚氨基酸和四磺酸基酞菁铜等药物分子的相对结合强度，对在单分子水平上研究标记分子、药物分子与目标蛋白结构域的相互作用有指导意义。.4. 利用EFM技术研究了不同给退火条件下，聚合物体相异质结薄膜的微区结构与电特性的演变，并在此基础上利用EFM技术研究了细菌视紫红质蛋白薄膜（紫膜）的微区结构以及紫膜的细胞质面（CP）细胞外面（EC）的电特性的差异，为系统研究具有光电功能的有机薄膜和生物膜的纳米尺度光电转换特性提供了思路。. 已经完成项目计划任务书中的研究任务，已经发表SCI论文10篇，另外有5篇文章已经整理待发表。